燃油管控跟踪系统在矿山企业的应用研究

韩勇++黄晓婷++陈志坤++孙洁

摘 要：由于车辆机动性强、管理难度大、能源消耗难控制，在加油站管理方面和油料入库管理方面，无法实现对油料计量的针对管理，这对单位在油料成本计量上的管理造成极大不便，也导致企业经营成本的增加。该运用成熟的GPS车辆管控系统、GPRS数据传输系统，同时融合油库、油罐的自动化管理系统，实现对运营车辆的实时燃油管控与跟踪，并对车辆燃油消耗进行精确的统计，以达到监督管理的目的。

关键词：燃油管控 跟踪 GPS GPRS

中图分类号：F253.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（a）-0056-02

随着燃油车辆运输在国有矿山企业的广泛应用，油料消耗成本过大已成为企业日渐凸显的问题。由于车辆机动性强，管理难度大，导致能源的消耗无法得到控制，在油料入库管理方面，目前没有针对油料进行实时监控工作，没有对油料入库量的计量，这对单位在油料成本计量的管理造成极大不便，也导致企业经营成本增加。

近年来，网路通信技术和数据库技术进入到生活的各个领域，在自动化装备、技术、功能、规模等方面，油库都得到很大提高，测量和控制装置更新升级不断，经历从低级的单回路控制到高级复杂系统控制再到管控一体化的发展过程。该文运用GPS车辆管控系统、GPRS传输与油库、油罐的自动化系统融合，实现了对车辆的燃油管控与跟踪，实时监测统计，从而对油料管理监督工作起到关键性作用。

1 油耗管控系统

1.1 系统框架

系统通过油量数据采集器，得到耗油状态曲线，实时对油箱剩余油量进行管控。传感器通过GPRS网络得到油量的消耗数据，并根据不同车型，建立耗油数学模型，以确保油耗管控的准确。

管控系统由油库油耗管控、油槽运油控制、车辆油耗管控三大部分组成。（1）油库管控系统：由石油公司将油料运输到物管中心加油站，油罐内安装液位计，向油罐加油时，液位计的数值随之发生变化，并通过网络将数据信息进行上传，后台进行数据记录、处理与存储。（2）油槽车辆运油管控系统：通过油槽车运输油料，油槽车安装流量计，用油车辆安装液位计。车辆加油时，用油车辆通过插入IC卡方式进行加油，液位计数值发生变化，并将加油量相关数据信息，通过网络进行上传。（3）生产车辆运油管控系统：车辆直接进站加油，车辆油箱内安装液位计。通过IC卡方式进行加油，车辆加油时，液位计发生变化，通过网络进行数据上传。

1.2 一车一卡加油管控措施

非生产车辆（小车）到加油站加油时，单位内涉及到的非生产车辆将被分配与车牌号对应的加油IC卡，并在经过改装的加油站IC卡加油机上加油，同时给非生产车辆安装液位计进行加油时油耗控制。

当车辆进入到加油站内，加油时插入IC卡，系统自动计算出最大加油量，并上传加油站出油信息，然后系统自动统计出本卡对应的车辆历次加油的数据。只有用IC卡时才能进行加油操作，不支持手工加油方式。

1.3 油量管控及报警措施

（1）停车（坡道、水平道路）熄火偷油。

现象：车辆停车熄火进行抽油。

报警原理：车辆停车熄火状态，油位下降超出误差油耗标准值，进行报警。

（2）停车（坡道、水平道路）怠速偷油。

现象：在车辆回油管中间掐断，并安装带阀门的三通管，车辆打火前在三通管处挂一个油桶并打开阀门，进行车辆打火操作并保持车辆怠速状态，大部分油料通过三通管流入油桶中。

报警原理：计算车辆怠速单耗，若车辆怠速单耗超过标准值，进行报警。

（3）车辆行驶中缓慢偷油。

现象：在车辆回油管中间掐断，并安装上带阀门的三通管，车辆打火前在三通管处挂一个油桶并打开阀门，车辆正常行驶中会有部分油料通过三通管流入油桶中。

报警原理：计算车辆单耗，若车辆单耗超过标准单耗值，进行报警。

（4）加油站偷油。

现象：车辆在加油站加油，向车辆油箱中加部分燃油，向油桶中加部分燃油，进行偷油操作。

报警原理：计算加油机的出油量和车辆液位上升的油量，判断两者是否相同，不相同则进行报警。

通过GPS数据信息、以及通过油位计得到的油位信息进行综合分析，可以得出所有燃油使用可能出现的所有情况，如表1。

在车辆静止状态下，分析得到静止时间段内的油量变化信息，即对车辆停止到车辆开始运行时间段内的油耗信息进行分析。

根据测试的不同车型，对数据进行分析，对模型进行整合，将其按照车型进行存储，形成耗油数学模型库，对于甲方新引进的车型，甲方提供测试车辆，可以通过乙方进行油耗数学模型建立，保证模型库的完整和更新。

2 汽车油耗监控系统

汽车油耗实时监控系统包括油量数据采集器、无线射频抄表器和PC机软件，该系统能对汽车的油耗进行实时监控。具体过程是，油量数据采集器对汽车的耗油进行记录，然后由无线射频抄表器传送至PC机，从而实现汽车油耗的监控。

2.1 油量数据采集器

汽车的油耗实时监控系统采用油量数据采集器。在汽车的行驶过程中，油量采集器会实时记录汽车油耗，时钟芯片ISL1208输出的外部中断会对采样周期加以控制，该芯片的报警功能很强大，将其设置成任意的时钟/日历值皆可。其工作原理是：将ISL1208设置成每5min报警一次，报警后会输出一个下降沿引发外部中断，89C51会加以响应，这样就实现了汽车油量数据采样及时钟数据的采集。

油量信号响应过程稍长，为避免其他干扰，该设计中采用如图2所示的A/D转换电路，其中R1有电流保护作用，能防止电流过大烧坏器件，R1与R2组成低频滤波电路，D1和D2则具有过压保护作用。ADC0831会对处理后的电压信号进行A/D转换，该芯片采用逐次逼近式转换结构，为串行A/D转换芯片，它仅需CCS、CLK、DO三根线，就可与单片机89C51对接，其中CS为片选信号，由P3.5引脚控制，低电平有效；CLK为时钟信号；DO为A/D转换数据串行输出。endprint

2.2 油量数据存储器

汽车油量数据存储器的主要作用是将采集器记录的油量消耗数据加以保存，以备PC机分析、处理与应用。油量数据存储器一般选用CAT24WC64的64k串行存储器，内部有8192个字节，支持12C总线数据传输协议。系统实时记录油耗数据，要把采集到的样值与对应的时钟值均记录在存储器中。

2.3 无线射频抄表器

一般情况下，采集器都安装在大型运输车辆上，为了便于随时读取数据，通常采用无线射频抄表器采集数据。这种抄表器能定期、定时采集汽车油耗情况的相关数据。无线抄表依赖无线传输模块，能增强汽车油耗实时监控系统的可靠性。一般选用以Nrf401为核心的PTR2000模块来提高无线射频的抗电磁干扰能力，该模块一般采用433.92MHz和434.33MHz两个工作频段，能够保证数据长距离传输，不但花费时间较少，而且能够直接与单片机串行通信，可有效减少了电磁干扰。

3 GPS定位监控系统

安装GPS终端，可以将全球定位技术、GPRS的数据传输功能以及计算机软件（MIS）相结合，实现对车辆的各项静态和动态信息的管理。

系统功能：

（1）将所有车辆同时显示在一幅地图上，系统会根据车辆的位置和数量自动调整地图比例，直到所有车辆的实时位置和状态都一目了然。快速闪动表示车辆正在运行，慢闪表示车辆停止。

（2）放大监控单台车时，系统会以连续的蓝色线条在地图上描述监控对象的运行路线，每分钟自动刷新车辆的实时状态和位置，以确保向系统上传的数据是最新的。若电子地图上标注地点不详细，可转换至卫星地图。

（3）车辆卫星地图会显示车辆周边的道路和建筑物的清晰实体图景。

（4）最新版的、及时更新的MapABC电子地图能显示车辆的位置和轨迹，以及车辆周边的停车场、加油站、工厂及各种级别的公路等。

（5）可查询任意时段的车辆行车轨迹，地图自动以连续的蓝色线条描述监控目标的运行路线，并可导出至EXCEL报表。系统可自动以动态形式回放车辆运行轨迹。

（6）行车里程及油耗。

系统输出设定时段内车辆的开车时间、停车时间、行车里程以及相应的油耗情况。

（7）车辆停车地点分析。

系统可输出设定时段内车辆的停车时间、地点以及时长。还可得出该段时间内该车的行驶里程、油耗、时间等，并将报表内容以Execl格式保存。

（8）车辆行驶报表。

在报表分析功能中，可根据系统记录的信息生成多种实用报表，如停车报表、行车报表、超速报表、里程报表等等，并可将报表内容以Execl格式保存。

4 系统硬件结构

一期、二期车辆上安装的车载GPS设备将车辆的实时GPS坐标和油耗数据通过GPRS或WCDMA等通信运营商的无线网络传到数据中心。司家营铁矿和研山铁矿之间利用现有的防火墙和互联网线路建立了一条VPN通道，以便司家营铁矿能访问数据中心。燃油跟踪系统单独划分vlan，司家营和研山之间的VPN隧道只涉及vlan，保证办公系统互不干扰。

5 PC机软件

汽车油耗实时监控系统对汽车的油耗监控通过PC机软件实现，系统采用C#语言设计，具有如下功能：与抄表器进行通信、存储数据并建立数据库、数据表格显示、数据曲线显示等。

通讯功能由Visual C#2005里的serialPort来实现，首先打开通信端口，再设置通信的波特率等参数。该系统设置通信口波特率为2400bps、无奇偶校验位，8位数据位，1位停止位。设置程序代码如下：

this.serialPort1.BaudRate=Convert.ToInt32（2400）；//设置波特率

this.serialPort1.Parity=Parity.None；//设置为无奇偶校验

this.serialPort1.DataBits=8；//设置每个字节的标准数据位长度为8

this.serialPort1.StopBits=StopBits.One；//设置为一位停止位

对串口的读写操作通过执行SerialPort.Read（）或SerialPort..Write（）来实现。将接收的数据存入数据库文件中，采用Microsoft Access数据库。软件根据既定数据格式对数据进行分析处理，得出曲线图。管理者通过曲线图即可得知汽车一段时间的用油状况。

6 结语

该文系统运用GPS、GPRS技术定位车辆、传输油耗数据和加油次数等信息到IC卡，成功完成了监控运行车辆的油耗问题。并利用单片机和计算机结合的优势，通过89C51单片机控制油量数据采集器采集油耗数据，将所得数据以无线射频传输方式实现无线抄表，再通过串口将数据输入计算机中并加以分析，成功解决了燃油车辆难控制的问题，使企业更好的管理油量使用以及成本情况。

参考文献

[1] 游心东.浅谈汽车油耗实时监控技术应用[J].科技致富向导，2011（8）：231.

[2] 张爽，王坚，赵荣泳.汽车油耗实时监控系统的关键技术[J].电脑知识与技术，2009（32）：9077-9079.

[3] 王玮.汽车油耗实时监控技术应用分析[J].电子技术与软件工程，2013（12）：103.

[4] 王东升.混合动力汽车最小等效燃油消耗控制策略研究[D].大连理工大学，2013.

[5] 龙立刚.智能传感器系统技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2003.endprint